[其他]阻止熔化的核反應堆堆芯滲入到土壤中的裝置

無效

• 申請號: 88103493
• 申請日: 1988-06-11
• 公開（公告）號: CN88103493A
• 公開（公告）日: 1988-12-28
• 發明（設計）人: 丹尼爾·杜馬斯;喬吉斯·洪納特
• 申請（專利權）人: SERS-薩氏焊條和耐火材料公司
• 主分類號: G21C13/10
• 分類號: G21C13/10;E04H9/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 曾祥凌

本發明論述一種用來阻止熔化的核反應堆堆芯滲入到土壤中的裝置，特別是在反應堆失去控制和超功率運行以后使用。

為了很好地了解本發明，我們先回顧一下進行鈾裂變反應的核反應堆，這種核反應堆通常由堆芯1構成（圖3），從嚴格意義上講堆芯1包含有設置在混凝土殼體2內的反應堆，這一殼體本身被封閉在另一個混凝土的密封安全殼3中，安全殼3具有稱之為“底板”的4米至5米厚的底座4，該底板用一些支柱支撐以構成為抗震結構。

核電站中近來發生的事故表明，許多事故中可能導致堆芯熔化的危險并未排除。在這種情況下，特別是在法國建造的那一類核電站中，雙層殼體和過濾系統可使放射性流出物封閉在安全殼內部。但是是，幾乎可以肯定，全部熔融物質不會靜止不動，它們的存在，對于起安全和密封作用的底部結構的牢固程度是一種巨大的危險，特別是當底部結構處于含水層以上時危險更大。

在發生導致反應堆堆芯破壞的事故之后，存在有主要由下述組分構成的大量熔融物質：

氧化物相，它含有能量，因為它包含有主要由氧化鈾和氧化鋯組成的裂變產物;

金屬相，主要由鋼、鋯、鉻和其它種金屬組成。

這種稱之為“熔化物”的集合體形成為具有很大能量的團狀物質，對于初始功率為1000MW量級的反應堆來說，這種熔化物團在一天或二天之后由于某些元素的放射性以及混凝土分解的放熱反應保留有10至15MW左右的剩余功率以及估計約2000℃的溫度。

這種熔化物團侵蝕底板的混凝土并使之分解，估計幾小時以后的侵蝕速度為每小時幾個厘米。幾天以后，底板的基礎混凝土將不可避免地被穿透，熔化物將流入底土。

此外，一旦底板被穿透，安全殼的密封性便不再能保證，便會產生放射性氣體的泄漏。

考慮到失控的反應堆存在的危險，有必要設計一種裝置使熔化物在滲入底土以前被阻止住，從而防止底土和大氣由于熔化物泄漏而被污染的巨大危險。

這種裝置應完成下述二種功能：

在同熔化物接觸時，它應是耐高溫的，而且在2000℃至2500℃以下它對于上面提到的熔化物組分具有惰性化學性能;

它應通過降低熔化物一耐高溫材料界面的溫度排出由熔化物產生的剩余熱通量。

此外，這種耐高溫的惰性材料應當同某些冷卻回路相連，設計這些冷卻回路是為了排出由此轉移的熱通量。

當前，還沒有一種材料能夠獨自保證上述二種功能，并在上述溫度范圍內具有很高的導熱率。因此應當將這二種功能分開來，由一種適當的材料來完成一項功能。

在法國專利FR2336772的申請書中，介紹了一種用于核反應堆安全槽的保護復蓋層，它由一層高熔點的材料構成（例如二氧化釷或二氧化鈾），其特點是在這一層難熔材料的下面含有一層具有良好導熱率的材料（例如石墨）。但是，在反應堆超功率運行情況下，這種裝置直接置于熔化物的下降路徑上，熔化物還擴展不大，其溫度達到2000℃以上（如圖1所示），這種熔化物存在有使保存池中間部分很快損壞、并繼續以失控方式下滲的危險。

根據上面所作的介紹，作為本發明的目標是用來阻止熔化的核反應堆堆芯滲入到土壤中的裝置，該裝置應由一個依靠適當的冷卻系統且具有良好導熱性能的、用石墨制成的圓形池構成，池的內表面復蓋有一層氧化鋯，對其厚度作了計算以使石墨工作在最佳的溫度范圍內。將這種圓形池嵌入在底板的中央，以使熔化物封閉在底板中，從而可使底板保持其密封性，此外，還采取了一些設施保證在熔化物到達保存池的高度以前使之擴展出來，以使熔化物同耐高溫的復蓋層在更大的表面積上相接觸。

更確切地說，本發明的目標是用來阻止熔化的核反應堆堆芯滲入到土壤中去的一種裝置，該反應堆由地基上的混凝土底板所支撐，底板設置有一個保存池，它同熔化物相接觸的上部用一種對于熔化物組分具有惰性化學性能的耐高溫材料構成，可選用氧化鋯或氧化釷，厚度約為2至10厘米;保存池的下部由一種具有良好導熱性能的耐高溫材料構成（例如石墨），它同采用流體循環的冷卻回路相連。這種裝置的特點在于將保存池嵌入到混凝土底板中，在于底板具有熔化物橫向侵蝕的擴展設備，以使熔化物到達保存池的高度時幾乎擴張到保存池的整個表面上。

擴展設備可由底板中保存池上部按疊加關系配置的許多同心槽所構成，每一個同心槽的外徑大于緊接著的上一個槽的外徑。更好的作法是，將保存池嵌入到底部的一半高度，底板的上部保證使熔化物在橫向擴張的同時進行初步的下降減速，而底板的下部仍保持完整，繼續保證反應堆安全殼的密封性。